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  <title>深入了解CPU架构 | Levon's Blog</title>
  








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        <h2 id="CPU是什么"><a href="#CPU是什么" class="headerlink" title="CPU是什么"></a>CPU是什么</h2><p>中央处理单元（CPU）主要由运算器、控制器、寄存器三部分组成，从字面意思看运算器就是起着运算的作用，控制器就是负责发出CPU每条指令所需要的信息，寄存器就是保存运算或者指令的一些临时文件，这样可以保证更高的速度。  </p>
<p>CPU有着处理指令、执行操作、控制时间、处理数据四大作用，打个比喻来说，CPU就像我们的大脑，帮我们完成各种各样的生理活动。因此如果没有CPU，那么电脑就是一堆废物，无法工作。移动设备其实很复杂，这些CPU需要执行数以百万计的指示，才能使它向我们期待的方向运行，而CPU的速度和功率效率是至关重要的。速度影响用户体验，而效率影响电池寿命。最完美的移动设备是高性能和低功耗相结合。 </p>
<h2 id="CPU的架构"><a href="#CPU的架构" class="headerlink" title="CPU的架构"></a>CPU的架构</h2><p>从CPU发明到现在，有非常多种架构，从我们熟悉的X86，ARM，到不太熟悉的MIPS，IA64，它们之间的差距都非常大。但是如果从最基本的逻辑角度来分类的话，它们可以被分为两大类，即所谓的“复杂指令集”与“精简指令集”系统，也就是经常看到的“CISC”与“RISC”。</p>
<p> Intel和ARM处理器的第一个区别是，前者使用复杂指令集（CISC)，而后者使用精简指令集（RISC）。属于这两种类中的各种架构之间最大的区别，在于它们的设计者考虑问题方式的不同。</p>
<p>我们可以继续举个例子，比如说我们要命令一个人吃饭，那么我们应该怎么命令呢？我们可以直接对他下达“吃饭”的命令，也可以命令他“先拿勺子，然后舀起一勺饭，然后张嘴，然后送到嘴里，最后咽下去”。从这里可以看到，对于命令别人做事这样一件事情，不同的人有不同的理解，有人认为，如果我首先给接受命令的人以足够的训练，让他掌握各种复杂技能（即在硬件中实现对应的复杂功能），那么以后就可以用非常简单的命令让他去做很复杂的事情——比如只要说一句“吃饭”，他就会吃饭。但是也有人认为这样会让事情变的太复杂，毕竟接受命令的人要做的事情很复杂，如果你这时候想让他吃菜怎么办？难道继续训练他吃菜的方法？我们为什么不可以把事情分为许多非常基本的步骤，这样只需要接受命令的人懂得很少的基本技能，就可以完成同样的工作，无非是下达命令的人稍微累一点——比如现在我要他吃菜，只需要把刚刚吃饭命令里的“舀起一勺饭”改成“舀起一勺菜”，问题就解决了，多么简单。这就是“复杂指令集”和“精简指令集”的逻辑区别。</p>
<a id="more"></a>



<h2 id="CPU常见架构"><a href="#CPU常见架构" class="headerlink" title="CPU常见架构"></a>CPU常见架构</h2><h5 id="X86"><a href="#X86" class="headerlink" title="X86"></a>X86</h5><p>978年6月8日，Intel发布了史诗级的CPU处理器8086，由此X86架构传奇正式拉开帷幕。首次为8086引入X86作为计算机语言的指令集，定义了一些基本使用规则，X86架构使用的是CISC复杂指令集。同时8086处理器的大获成功也直接让Intel成为了CPU巨头.</p>
<h5 id="IA64（Intel-Architecture-64，英特尔架构64）"><a href="#IA64（Intel-Architecture-64，英特尔架构64）" class="headerlink" title="IA64（Intel Architecture 64，英特尔架构64）"></a>IA64（Intel Architecture 64，英特尔架构64）</h5><p>哇，IA64听起来好陌生，是的，虽然同出Intel之手。但这可以说是失败品。当年X86过渡到64位指令集时，一个不小心被AMD弯道超车，最后只能联合惠普推出了属于自己的IA64指令集，但这也仅限于服务器上，也是Itanium安腾处理器的来历（现在已经凉了）</p>
<p>至于IA64究竟是RISC还是CISC指令集的延续，这个真的很难说清楚，但单纯以IA64基于HP的EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computers，精确并行指令计算机）来看，似乎更偏向于RISC体系。</p>
<h5 id="MIPS（Microprocessor-without-interlockedpipedstages，无内部互锁流水级的微处理器）"><a href="#MIPS（Microprocessor-without-interlockedpipedstages，无内部互锁流水级的微处理器）" class="headerlink" title="MIPS（Microprocessor without interlockedpipedstages，无内部互锁流水级的微处理器）"></a>MIPS（Microprocessor without interlockedpipedstages，无内部互锁流水级的微处理器）</h5><p>在上世纪80年代由美国斯坦福大学Hennessy教授的研究小组研发，它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和Intel采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比，RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点，并可以应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。</p>
<p>MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。MIPS自己只进行CPU的设计，之后把设计方案授权给客户，使得客户能够制造出高性能的CPU。</p>
<p>让MIPS出名的，可能是在2007年，中科院计算机研究所的龙芯处理器获得了MIPS的全部专利、指令集授权，中国开始走上了一MIPS为基础的CPU研发道路。</p>
<h5 id="PowerPC"><a href="#PowerPC" class="headerlink" title="PowerPC"></a>PowerPC</h5><p>PowerPC是有蓝色巨人IBM联合苹果(早期mac用的就是这个)、摩托罗拉公司研发的一种基于RISC精简指令集的CPU，PowerPC架构最大优点是灵活性非常好，核心数目灵活可变，因此在嵌入式设备上具有很高效益，可以针对服务器市场做超多核，针对掌机做双核，因此它具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量。</p>
<h5 id="ARM（Advanced-RISC-Machine，进阶精简指令集机器）"><a href="#ARM（Advanced-RISC-Machine，进阶精简指令集机器）" class="headerlink" title="ARM（Advanced RISC Machine，进阶精简指令集机器）"></a>ARM（Advanced RISC Machine，进阶精简指令集机器）</h5><p>ARM可以说是一个异军突起的CPU架构，采用了RISC精简指令集，而且ARM发展到今天，架构上非常灵活，可以根据面向应用场景不同使用不同设计的内核，因此可以广泛用于嵌入式系统中，同时它高度节能的特性，目前各种移动设备中全都是它的身影。据统计，使用ARM架构的芯片年出货量高达200亿片，随着物联网时代降临，对于低功耗性ARM芯片需求量会发生爆炸性增长。</p>
<h2 id="CPU架构问题总结"><a href="#CPU架构问题总结" class="headerlink" title="CPU架构问题总结"></a>CPU架构问题总结</h2><h5 id="CISC、RISC之争"><a href="#CISC、RISC之争" class="headerlink" title="CISC、RISC之争"></a>CISC、RISC之争</h5><p>从上面得知，历史的长河里面，有过许许多多的CPU架构，它们之间的差异性非常大，经过时间、用户的检验，我们平常所接触到CPU架构也就剩X86和ARM两者，按照最核心的不同可以被分为两大类，即“复杂指令集”与“精简指令集”系统，也就是经常看到的“CISC”与“RISC”。</p>
<p>要了解X86和ARM CPU架构，就得先了解CISC复杂指令集和RISC精简指令集 ，因为它们第一个区别就是X86使用了复杂指令集（CISC），而后者使用精简指令集（RISC）。造成他们使用不同该指令集的原因在于，面向的设备、对象、性能要求是不一样。</p>
<p>手机SoC普遍都是采用ARM提供的核心作为基础，依据自身需求改变SoC的核心架构，而ARM正正是RISC精简指令集的代表人物。CPU巨头Intel、AMD所采用的X86架构已经沿用了数十年，是CISC复杂指令集的典型代表。</p>
<h5 id="为什么x86不叫x32"><a href="#为什么x86不叫x32" class="headerlink" title="为什么x86不叫x32"></a>为什么x86不叫x32</h5><p>x86，x64，看似写法类似，但实际上代表了完全不同的含义。简单来说，x86指的是cpu的架构，x64是cpu位数。笼统的说，前者代表cpu的逻辑结构，后者是cpu运算能力。除了x86架构的cpu外，还有很多不同架构的cpu，其中最有名的就是IA架构，即intel安腾架构。两者之间的系统、软件不能通用。</p>
<p>而x64的全称叫x86-64，也就是说x64是x86架构的64位cpu。</p>
<p>x86架构中，最早的cpu是16位的，即8086，其前身还有8位的8008和4位的4004，但后两者是另外的架构。后出的80386已经升级到32位。</p>
<p>这样就可以解释开始的问题了。x86是一种架构的命名，代表所有的该架构下的cpu，包括16位，32位，64位，将来也许会有128位。之所以用x86代表32位系统，是一种通俗用法罢了，是不严谨甚至有误的。由于16位cpu早已淘汰不用了，而在64位出来前，32位cpu占据了很长一段时间，所以习惯性的用x86代表32位cpu。而x64是一个简写，告诉大家的是：我是x86架构中的64位cpu。</p>
<p>如果严谨的按命名规则来看，现在的x86应该叫x86-32，简称x32。以前16位的8086则应该叫x86-16，简称x16。因此，x86不叫x32，只是一种习称，一种误称。</p>
<p>IA架构下的cpu命名则比较严谨，32位就叫IA32，64就叫IA64。</p>
<h5 id="mac上可以玩iphone的app吗"><a href="#mac上可以玩iphone的app吗" class="headerlink" title="mac上可以玩iphone的app吗"></a>mac上可以玩iphone的app吗</h5><p>Xcode自带的iOS模拟器并不是真正意义上的模拟器,他没有运行arm指令的能力,之所以你可以用它调试你开发的app,是因为调试目标选为模拟器的时候,Xcode生成的代码是x86/x86_64架构用的,具体是x86还是x86_64取决于你选的机型,如果你选iPhone5S之前的机型的模拟器,那就是x86.</p>
<p>换个说法,就是这个模拟器并没有模拟arm处理器等硬件,只是在x86/x86_64架构上提供了和iOS一样的接口的SDK,其接口的行为也和iOS上几乎一样.之所以说几乎一样,是因为真的有不一样的地方.</p>
<p>好了,到这里你知道了,这个模拟器其实就是一个app,模拟下iOS的行为,那些跑在里面的app,其实也都是x86/x86_64的, 而app store上上架的那些app, 都不会包含x86/x86_64架构,只支持arm架构,所以无论如何你也没办法在电脑上运行他们.</p>
<p>至于为什么android可以,因为android是开源的,使用的处理器架构也是资料丰富,所以可以开发出来真正的可以虚拟arm处理器以及其它硬件的模拟器,这样就可以在电脑上运行android app了.而iPhone, iTouch, iPad使用的处理器估计目前还没有谁能真正模拟出来, 就算有这种能人, 他也未必有做模拟器的想法,就算有这个想法,那也未必有那个胆量.</p>
<p>最后说个常识:</p>
<p>在开发iOS app接入第三方sdk的时候, 偶尔会遇到模拟器无法正确link, 但是真机可以的情况.这其实就是因为sdk提供商提供的sdk,根本就没支持x86/x86_64,鄙视</p>

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